制作一个3D打印的三轴机械时钟

本期分享的项目是一个机械式数字时钟，三个数字轮分处于不同的轴线上（X、Y 和 Z），彼此错落有致。- 视觉上很酷，同时兼具实用性。- 只需一个步进电机驱动。- 所有零件都设计在 180 x 180 毫米的范围内。- 手动（物理）操作即可轻松调整时间。- 数字大而清晰，能见度高。

所需材料

• 28BYJ-48 减速步进电机及配套的驱动板- 任意微控制器（如 Arduino、ESP32、树莓派等）- 各种规格的2毫米自攻螺丝

第1步：打印

按照提供的资料下载打印所有零件。

除了10min-rotor.stl之外，其他零件都不需要支撑结构。

要仔细清除毛刺和多余的塑料，尤其是在轴孔和滑动表面周围。数字部分最好使用不同颜色的材料打印。

打印出来的数字零件很难区分，特别是“6”和“9”容易混淆（但形状并不完全相同）。用来显示小时、分钟个位和分钟十位的数字模型，它们背面的弧度或弯曲程度是不一样的。

所有涉及的3D打印文件可以在文末打包下载。

第2步：组装 3D 打印部分

你可以用胶水（例如：强力胶）或塑料焊接的方式将数字固定到转轴上。

我推荐焊接法，因为它简单、快捷又美观。使用控温烙铁，温度设定在低温（250摄氏度），以免材料产生有害烟雾。

转轴上的孔是为每个数字设计的，固定数字前请先确认位置是否正确。

第3步：组装右侧部分

• 将int-gear.stl和hour-driver.stl装到frame-right.stl的孔中。- 将两个调节器装到框架上。- 使用1min-holder-1.stl和1min-holder-2.stl将1min-rotor.stl固定在框架上。- 最后检查一下所有零件能否顺利转动。

第4步：组装分钟十位数字部分

• 将10min-driver.stl和10min-rotor.stl组装起来。零件的方向由连接件上的梯形凸起决定。- 对齐齿轮上的两个标记，让它们彼此相对。- 务必确保10min-adjustor已安装在10分钟驱动器上。

第5步：组装剩余部分

• 安装步进电机和motor-gear.stl。- 将小时转轴与左侧框架组装。- 用螺丝固定其余的零件。

第6步：电路连接

你可以选择你喜欢的微控制器来驱动步进电机。

下面的程序文件（numechron.ino）是针对 Arduino 的示例。如果你使用其他微控制器，需要以每分钟1536步的频率驱动电机。
Arduino Nano 和驱动板的外壳可以在这个链接找到：https://www.thingiverse.com/thing:5145523
如果电机反向旋转，请修改源代码：
从 int port[4] = {7, 6, 5, 4};
改为 int port[4] = {4, 5, 6, 7};
Arduino的文件numechron.ino也可以在文末打包下载。

第7步：时间调整

• 小时和分钟十位的转轴可以用手向前转动来调整。- Arduino 程序在复位后会立即驱动电机。因此，你可以通过按复位键来前进一分钟。- 分钟个位的转轴也可以通过复位键来对齐。当数字转到正确位置时，按下复位键即可。

第8步：80% 缩小版

这是一个更小尺寸的版本。
将所有零件按80%比例打印。
步进电机本身无法缩小，所以需要使用修改过的frame-base.stl和motor-gear.stl模型。这些模型在打印时也必须按80%比例缩放。
如果1min-holder-1.stl打印出来太薄，请改用1min-holder-1-thicker.stl。

缩小版 3D 文件也可以在文末下载。

第9步：可选零件

如果你将right-frame.stl打印成与转轴不同的颜色，可以使用colon-base-optional.stl作为时分之间冒号的底座。

   四种类型的前面板（全覆盖或部分覆盖，不透明或蜂巢状）可以用来隐藏内部机械结构和未显示的数字。（除了部分蜂巢状的，其他都经过了测试，我相信它们能正常使用）。

独立的数字字符和前面板可以让你为每个数字设置不同的颜色。（每个单独数字的形状与一体式数据all-digits-and-front-frame.stl中的形状相同）。

由于不允许上传 Blender 文件，可以在 Thingiverse 上查找源文件：https://www.thingiverse.com/thing:6285769

第10步：校准时钟速度

Arduino 的时钟精度不如普通的时钟。你可以通过校准来提高时钟的精确度。

测量你的时钟误差。先将时钟调整正确，等待24小时，然后测量它的误差（以秒为单位）。

在源代码中第3行的 COMPENSATION_SECONDS 值处，输入以秒为单位的误差值。如果你的时钟走快了，输入正值；反之，输入负值。

编译并上传程序到你的微控制器中。

至此，时钟就完工啦，期待大家尝试！